44

STUDI PENUMBUHAN FILM TIPIS CUPC DENGAN METODE

PENGUAPAN HAMPA UDARA PADA SUHU RUANG UNTUK

APLIKASI SENSOR GAS

Sujarwata1)

dan Kuwat Triyana

2)

1) Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Negeri Semarang2) Fakultas Matematika dan Ilmu

Pengetahuan Alam Universitas Gadjah Mada

Abstrak. Penumbuhan film tipis CuPc di atas substrat SiO2 dengan metode

penguapan hampa udara (Model JEOL JEE-4X) telah dilaksanakan. Aktivitas ini

merupakan langkah awal untuk mengembangkan sensor gas berbasis CuPc.

Penumbuhan film tipis CuPc dilakukan dengan 2 variabel penelitian, yaitu waktu

deposisi dan kuat arus pada alat vacuum evaporator. Karakteristik film tipis CuPc

telah dianalisis didasarkan pada struktur mikro dengan menggunakan X-Ray

Diffraction (X-RD) and Scanning Electron Microscopy (SEM). Selanjutnya hasil X-

RD untuk masing-masing sample telah dianalisis oleh ICDD ((International Centre

for Diffraction Data). Pada sisi lain, permukaan dan ketebalan film tipis CuPc

dianalisis dengan gambar hasil dari SEM. Hasil spektrum dari X-RD diperoleh bahwa

film CuPc dideposisikan dengan kuat arus 35 A – 50 A menunjukkan adanya

peningkatkan kristal dalam film tipis CuPc.Ketebalan film tipis CuPc yang

dideposisikan dengan pengaturan kuat arus 40 A, 45 A dan 50 adalah berturut-turut

2,1 μm, 2,4 μm dan 4,8 μm. Film tipis CuPc yang didasarkan pada hasil deposisi

dapat dikatakan bahwa film dengan pengaturan kuat arus 45 A pada alat penguapan

hampa udara merupakan karakteritik optimum pertama . Kesimpulan yang diperoleh

adalah film tipis CuPc dengan ketebalan akan meningkat, jika kuat arus yang

diaplikasikan pada alat penguapan ruang hampa juga ditingkatkan.Pembuatan OFET

berbasis CuPc dilakukan dengan membuat struktur bottom-contact. Proses diawali

dengan pencucian substrat Si/SiO2 dengan etanol dalam ultrasonic cleaner. Untuk

struktur bottom-contact, setelah dilakukan pencucian substrat selanjutnya

mendeposisikan elektroda source/drain di atas lapisan SiO2 menggunakan bahan

emas murni dengan metode lithography.

Kata kunci : Copper Phthalocyanine(CuPc), film tipis CuPc, vacuum evaporator

PENDAHULUAN

Sebuah wacana baru bagaimana membangun dunia yang berkelanjutan pun menjadi bahasan yang

sangat penting untuk dirumuskan. Sebuah pertemuan tingkat dunia bahkan digagas untuk

membuat kesepakatan terhadap setiap negara di dunia tentang sejauh mana kandungan zat buang

yang boleh diproduksi oleh masing masing negara, yang dikenal dengan Kyoto protocol. Dalam

protocol yang ditandatangani oleh sekitar 180 negara pada Desember 1997 ini disepakati bahwa

negara-negara yang pemroduksi gas berbahaya (yang dikenal dengan sebutan greenhouse gas)

diharuskan untuk mengurangi emisinya hingga 5.2% tahun 2012 ( kyoto-e.html ).

Salah satu isyu besar dalam pengembangan IPTEK dan industri di berbagai belahan dunia

saat ini adalah permasalahan yang berkenaan dengan isyu lingkungan hidup. Isyu ini menyangkut

bagaimana kondisi lingkungan yang ada saat ini dapat terus terkontrol sehingga tidak berbahaya

45

bagi manusia maupun makhluk hidup lainnya. Permasalahan ini mengemukan ketika para peneliti

mendapati bahwa tingkat penceraman udara akibat berbagai kegiatan industri dan rumah tangga

sudah mencapai ambang batas yang membahayakan.

Sebuah wacana baru bagaimana membangun dunia yang berkelanjutan pun menjadi bahasan

yang sangat penting untuk dirumuskan. Sebuah pertemuan tingkat dunia bahkan digagas untuk

membuat kesepakatan terhadap setiap negara di dunia tentang sejauh mana kandungan zat buang

yang boleh diproduksi oleh masing masing negara, yang dikenal dengan Kyoto protocol. Dalam

protocol yang ditandatangani oleh sekitar 180 negara pada Desember 1997 ini disepakati bahwa

negara-negara pemroduksi gas berbahaya (yang dikenal dengan greenhouse gas) diharuskan untuk

mengurangi emisinya hingga 5.2% hingga tahun 2012 ( kyoto-e.html ).

Gas NOx termasuk NO dan NO2 dapat menimbulkan dampak negatif terhadap lingkungan

dan kesehatan. Pembentukan asap yang biasa dijumpai di kota-kota besar terdiri dari NO, dimana

jika terhirup sekitar 50-100 ppm untuk beberapa menit dapat menyebabkan radang paru-paru

selama 6-9 minggu. Paparan langsung sebanyak 150-200 ppm dapat menyebabkan kombinasi

antara gas NOx, maupun hidrokarbon yang bereaksi dengan sinar ultraviolet. Asap fotokimia

menyebabkan iritasi mata dan paru-paru, menurunkan penglihatan, bahkan dapat menyebabkan

senyawa korosi. Warna coklat dari asap kebanyakan berasal dari gas nitrogen dioksida (NO2). Gas

NO2 ini lebih beracun daripada gas brochiolitis fibrosa obliterans yang sangat fatal selama 3

hingga 5 minggu, dan paparan sebanyak 500 ppm dapat menyebabkan kematian dalam waktu 2

hingga 10 hari [17].

Pengembangan dan miniaturisasi sensor kimia untuk mendeteksi berbagai macam gas sangat

pesat dalam dekade terakhir ini. Hal ini diakibatkan oleh pengembangan sensor kimia yang

cenderung lebih murah, lebih kecil dan lebih mobile dari pada instrumen analitis tradisional yang

banyak digunakan saat ini. Beberapa contoh dalam pengembangan sensor gas antara lain untuk

monitoring proses pembakaran dan emisi gas dalam kendaraan bermotor, untuk mendeteksi asap,

memonitor emisi gas pada proses industrial seperti pembangkit listrik dan memonitor degradasi

oli mesin [18].

Penelitian dan perhatian tentang transistor efek medan organik atau organic field effect

transistor (OFET) sangat intensif sejak satu dasawarsa belakangan ini. Hal ini karena adanya

beberapa keunggulan OFET jika dibandingkan dengan transistor efek medan anorganik berbasis

silikon, yaitu suatu piranti elektronika yang ramah lingkungan, mudah didapat dan murah dalam

fabrikasi serta hemat dalam operasionalnya, sehingga terbuka peluang untuk menjadi dasar

teknologi mikroelektronika masa depan. Tetapi, karena mobilitas pembawa muatan pada OFET

ini umumnya masih rendah, maka perlu terus dilakukan penelitian untuk perbaikan.

Selama beberapa tahun terakhir, unjuk kerja dari OFET secara kontinu telah mengalami

perbaikan hingga mengarah kepada penerapan pada bidang indutri. Dengan potensi yang sangat

besar sebagai komponen elektronika masa depan yang sangat murah dan sebagai kartu cerdas

(smart-card) misalnya, maka polimer yang dapat diproses dengan metode pelarutan (solution

process) dapat dimanfaatkan sebagai pengganti teknologi silikon yang mahal [5].

Pada umumnya, suatu transistor efek medan terdiri dari beberapa komponen dasar, meliputi :

bahan konduktor, bahan isolator dan bahan semikonduktor. OFET berbasis CuPs merupakan jenis

transistor dimana bahan semikonduktornya adalah bahan organik atau polimer. Namun, jika

dibandingkan dengan jenis transistor anorganik, mobilitas pembawa muatan OFET pada

umumnya masih sangat rendah berkisar antara 10-5

-100 cm

2V

-1s

-1 [3].

Sebagai tambahan,beberapa saat yang lalu, material tersebut sedang dieksplorasi

karakteristiknya sebagai sensor gas maupun sebagai material semikonduktor organik [5]. Karena

masih rendahnya mobilitas ,maka dalam bidang elektronika, OFET belum bisa diterapkan secara

baik, kecuali sebagai komponen pengendali pada layer display. Pada penelitian ini menggunakan

material semikonduktor adalah CuPc(Copper Phthalocyanine).

46

METODE PENELITIAN

Penelitian ini akan menggunakan bahan Copper Phthalocyanine(CuPc) sebagai

semikonduktor organik aktif untuk pembuatan OFET dan dimanfaatkan sebagai sensor gas .

Untuk penumbuhan film tipis berbasis CuPc menggunakan metode penguapan hampa udara pada

suhu ruang. Hasil dari penumbuhan film tipis yang optimum dimanfaatkan sebagai bahan aktif

dalam pembuatan OFET sebagai sensor gas.Untuk selengkapnya, desain dan metode penelitian

adalah sebagai berikut:

A. Penumbuhan Film Tipis CuPc

Penumbuhan film tipis CuPc di atas substrat SiO2 dengan metode penguapan hampa

udara (Model JEOL JEE-4X) telah dilaksanakan dan dikarakterisasi dengan menggunakan

XRD dan SEM. Aktivitas ini merupakan langkah awal untuk mengembangkan sensor gas

berbasis CuPc. Penumbuhan film tipis dilakukan dengan 2 variabel penelitian, yaitu waktu

deposisi dan kuat arus yang diaplikasikan pada alat vacuum evaporator.

Penelitian ini menggunakan bahan semikonduktor organik yang digunakan untuk

penumbuhan film tipis. Material CuPc berbentuk serbuk dan merupakan semikonduktor tipe

p serta berwarna biru. Selanjutnya dilakukan penumbuhan film tipis dengan cara

mendeposisikan CuPc di atas substrat kaca dengan metode penguapan hampa udara pada

suhu ruang. Selanjutnya dilakukan penumbuhkan film tipis dengan prosedur sebagai beikut :

a) preparasi sampel, b) proses evaporasi/deposisi lapisan CuPc,c) variasi waktu deposisi, d)

variasi kuat arus/laju deposisi (35A, 40A, 45A, 50A):

B. Uji karakteristik film tipis

Selanjutnya, film tipis CuPc yang sudah ditumbuhkan dengan penguapan ruang hampa

udara diuji karakteriknya, agar didapatkan bahan aktif optimum unutk pembuatan OFET

sebagai gas .Ada 2 macam pengujian, yakni : pengujian morfologi film tipis dengan XRD

dan struktur kristalnya dengan SEM

C. Pembuatan OFET berbasis Copper Phthalocyanine

Penelitian ini akan membuat OFET berstruktur bottom-contact dengan variasi saluran L,

yaitu jarak antara S dan D serta 2 macam kontak resistansi. Adapun tahapan

pembuatannya,adalah sebagai berikut : mula-mula dilakukan pencucian substrat Si/SiO2

dengan etanol dalam ultrasonic cleaner, selanjutnya dilakukan pendeposisian elektroda

source/drain di atas lapisan SiO2 menggunakan bahan emas murni(Au) dengan metode

lithography dan mendeposisikan film tipis CuPc.

D. Karakterisasi OFET sebagai sensor gas

a. Untuk mengkarakterisi OFET, elektroda S dihubungkan dengan tanah sedangkan

elektroda G dan D dihubungkan dengan panjar mundur (reverse bias).

b. Untuk mengukur mobilitas pembawa muatan, maka arus yang mengalir dari source ke

drain (Id) diukur dengan memvariasi tegangan drain (Vd) untuk setiap nilai tegangan gate

(Vg), sesuai dengan persamaan sebagai berikut :

dd

tgi

d VV

VVL

WCI

2

c. Dimana L dan W adalah panjang dan lebar channel, Ci adalah kapasitansi per satuan luas

material isolator, adalah mobilitas pembawa muatan dan Vt adalah tegangan ambang.

d. Untuk mengukur resistansi digunakan konfigurasi devais OFET dengan four point probe.

Tujuan pokok dari pengukuran seperti itu adalah untuk menghilangkan efek dari kontak

47

resistansi pada elektroda dalam,sebab terhubung masukan yang mempunyai impedansi

tinggi dan arus tidak dapat menerobos.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Sebagaimana telah diuraikan sebelumnya, material penelitian ini menggunakan copper

phthalocyanine (CuPc) yang dibeli dari Sigma-Aldrich tanpa adanya pemurnian. Sebelum

mendeposisikan film, dilakukan preparasi sampel dengan tahapan sebagai berikut: pertama

melakukan pemotongan kaca preparat berukuran (1,5 x 2,5) cm dan kedua, kaca preparat

dibersihkan dengan prosedur standar dengan menggunakan alat Ultrasonic Cleaner Model Core-

Parmer [20].

Penumbuhan film di atas substrat kaca dilakukan dengan 2 variasi untuk menentukan variasi

waktu dan variasi kuat arus. Hasil pendeposisian film diperoleh 8 sampel penelitian , yaitu 4

sampel merupakan variasi kuat arus (35 A, 40A, 45 A, 50 A) dan 4 sampel variasi waktu ( 30, 60,

90, 120 ) menit. Dari 8 sampel kemudian dilakukan dikarakterisasi struktur kristalnya dan

morfologi film .Untuk pengujian struktur kristal dengan X-RD, sedangkan pengujian morfologi

menggunakan SEM.

Untuk mengukur resistansi digunakan konfigurasi devais OFET dengan four point probe.

Tujuan pokok dari pengukuran seperti itu adalah untuk menghilangkan efek dari kontak resistansi

pada elektroda dalam,sebab terhubung masukan yang mempunyai impedansi tinggi dan arus tidak

dapat menerobos

Pembuatan OFET dilakukan dengan membuat struktur top-contact saja, dengan tahapan

sebagai berikut: setelah substrat Si/SiO2 dibersihkan, kemudian dilakukan pendeposisian

elektroda S/D di atas lapisan SiO2 dengan emas dan menggunakan metode litografi. Untuk

panjang dan lebar kanal, masing-masing adalah 100 m,200 m,300 m, dan 1 mm.

Hasil deposisi film tipis CuPc

Gambar 1. merupakan salah satu sampel ( dari 8 sampel ) hasil pendeposisian film tipis

diatas substrat kaca dengan ukuran (1,5 x 2,5) cm.

Gambar 1. Hasil deposisi film tipis diatas susbrat kaca

Hasil karakterisasi film tipis CuPc menggunakan X-RD

Struktur kristal merupakan salah satu parameter yang penting untuk mempelajari

karakteristik dari bahan organik, terutama berkaitan dengan sifat listrik. Spektrum XRD dari

serbuk CuPc ditunjukkan pada gambar 2, yang mana menunjukkan dengan jelas bahwa adanya

struktur kristal.

48

Gambar 2. Spektrum XRD dari Serbuk CuPc

Table 1. Puncak difraksi X-RD dari serbuk dan film tipis CuPc

Kuat Arus

(A)

Puncak XRD

Gambar 2 Theta ( o ) Tinggi(count) FWHM (o) D (Ǻ )

7,0961 2077,02 0,3080 12,45

4 23,8164 1547,06 0,3080 3,73

26,2519 1139,04 0,3080 3,39

28,0725 536,12 0,3080 3,18

30,4640 608,44 0,3080 2,93

35 - - - - 5(a)

40

6,8762 13,88 0,6528 12,84

5(b)

23,6716 100,12 0,4896 3,76

24,9316 68,38 0,4896 3,57

26,6752 52,86 0,4896 3,34

27,4005 39,42 02856 3,25

45

6,7757 42,37 0,6160 13,04

5(c)

24,0217 222,97 0,4488 3,70

25,0321 94,54 0,3264 3,55

26,6408 103,91 0,3264 3,34

27,5530 86,96 0,2448 3,23

50

6,8306 39,22 0,2448 12,93

5(d) 24,0865 212,68 0,2448 3,69

25,0294 154,57 0,4080 3,55

26,6507 129,03 0,2448 3,34

27,5821 118,55 0,3264 3,32

Penumbuhan film dengan metode penguapan hampa udara (Model JEOL JEE-4X) telah

dilaksanakan. Aktivitas ini merupakan langkah awal untuk mengembangkan sensor gas. Hasil

spektrum dari X-RD diperoleh bahwa film yang dideposisikan dengan kuat arus 35 A–50 A

menunjukkan adanya peningkatkan kristal pada film.

49

Gambar 3.Spektrum XRD film tipis CuPc dengan variasi deposisi kuat arus

Berdasarkan data spektrum XRD dapat dipelajari kualitas kristal film dengan cara

menghitung besarnya (FWHM, seperti ditunjukkan pada tabel 2. Besarnya FWHM dari puncak

XRD film tipis CuPc terlihat menurun seiring bertambahnya kuat arus yang diberikan pada

vakum evaporasi. Hal ini menunjukkan bahwa kualitas kristal semakin membaik dengan

penambahan kuat arus pada alat penguapan hampa udara.

50

Tabel.2. Kuat arus sebagai parameter deposisi film tipis CuPc

No

Arus Deposisi

(A)

FWHM

1 40 0,4896

2 45 0,4488

3 50 0,24448

Morfologi permukaan film tipis CuPc dengan variasi waktu pada kuat arus 35 A

(a) (b)

(c) (d)

Gambar 4.Hasil SEM dengan variasi waktu pada saat penumbuhan film tipis CuPc , (a): 30

menit ,(b) 60 menit, (c):90 menit dan (d) : 120 menit

Gambar 4. memperlihatkan karakterisasi SEM dengan variasi waktu pada saat penumbuhan

film . Hasil SEM diperoleh bahwa penumbuhan film CuPc dengan kuat arus 35 A dan variasi

waktu, yaitu : 30 menit ,60 menit, :90 menit dan 120 menit menunjukkan permukaan film dengan

butiran lembut. Ini menunjukkan bahwa variasi waktu pada saat penumbuhan belum menunjukan

karakteristi kristal yang optimum.

51

(a) (b)

(c) (d)

Gambar 5.Hasil SEM penampang melintang film tipis dengan variasi waktu pada aplikasi kuat

arus 35 A , (a) : 30 menit , (b) : 60 menit, (c) : 90 menit dan (d) : 120 menit

Hasil karakteristik gambar dari SEM, yaitu pada penampang melintang dari permukaan film

tipis CuPc dapat dilihat pada (gambar 3.) di atas , dengan variasi waktu : (a): 30 menit ,(b) 60

menit, (c):90 menit dan (d) : 120 menit dan aplikasi kuat arus 35 A pada alat vakum evaporasi.

Studi morfologi film tipis CuPc dapat menentukan ketebalan dari film tipis yang akhirnya dapat

menghitung laju penumbuhan film tipis CuPc.

Morfologi permukaan film tipis CuPc dengan variasi kuat arus

52

(a) (b)

(c)

Gambar 6. Hasil SEM pada permukaan film tipis CuPc dengan variabel kuat arus padaalat

vakum evaporasi, (a): 40 A, (b) : 45 A dan ( c) : 50 A

Gambar 6(a) memperlihatkan morfologi permukaan film yang ditumbuhkan pada kuat arus

40 A. Dari gambar terlihat bahwa film yang terbentuk mempunyai ukuran butiran yang kecil.

Disamping itu pada permukaan juga masih terdapat banyak porositas. Banyak porositas yang

terdapat pada permukaan film ini disebabkan karena tidak menempelnya ikatan yang terbentuk.

Gambar 6(b) memperlihatkan hasil karakterisasi SEM untuk kuat arus 45 A.pada saat

penumbuhan film tipis. Dari gambar terlihat bahwa butiran butiran sudah mulai rapat dan

mempunyai ukuran lebih besar, sebagian berbentuk butiran kecil.

Gambar 6(c) memperlihatkan hasil SEM untuk penumbuhan film dengan kuat arus 50 A saar

penumbuhan. Butiran terlihat semakin homogen dan merata seluruh permukaan . Butiran tadinya

kecil kini telah menyatu membentuk ukuran butiran yang lebih besar. Ini menunjukkan bahwa

peningkatan kuat arus pada saat penumbuhan dapat memperbaiki kualitas permukaan film tipis.

Penampang melintang film tipis CuPc dengan variasi waktu pada kuat arus

53

(a) (b)

(c)

Gambar 7. Hasil SEM penampang melintang dari film tipis dengan variasi kuat arus : (a):40

A , (b) : 45 A dan (c) : 50 A

Dari hasil SEM penampang melintang film tipis dapat ditentukan ketebalan film yang

akhirnya dapat dihitung laju penumbuhan film tipis CuPc. Gambar 7 menunjukkan penampang

melintang film tipis yang dideposisi dengan kuat arus yang bervariasi yaitu 40 A, 45 A dan 50 A

dengan ketebalan masing-masing adalah berturut-turut 2,1 μm, 2,4 μm dan 4,8 μm. Dari gambar 9

terlihat bahwa terjadi peningkatan laju deposisi dari kuat arus 40 A ke 45 A dan 45 A ke 50 A.

Hal ini diperkirakan karena dengan semakin meningkatnya kuat arus , maka semakin banyak

ikatan yang terbentuk pada substrat.

Hasil pembuatan OFET berbasis CuPc sebagai sensor gas

Proses lithography dalam proses pembuatan divais semikonduktor organik merupakan

bagian yang penting dimana geometri divais ditentukan pada permukaan wafer Si. Pembuatan

divais semikonduktor terdiri atas berulang kali proses lithograpy, seperti dalam langkah proses

pembukaan gerbang untuk difusi, oksidasi.Langkah-langkah proses lithograpy, adalah sebagai

berikut:

54

No Proses

Disain Equipment Parameter

1 Persiapan

substrat

Silicon Wafer

(Single Side Polishing)

Thickness = 600

µm

Diameter 5 inchi

Type P

2 Proses Oksidasi

pada silicon

Wafer

Si

O2

Thermal Dry

Oxidation

Waktu

Temperatur

3 Proses etching

pada lapisan

bawah SiO2

SiO2

Buffer HF

Temperatur

Konsentrasi

4 Pelapisan Au

dengan metode

Evaporasi

Au

SiO2

Alat vakum evaporasi

Tekanan ( 8.10-4

Pa )

Kuat arus ( 45 A

)

5 Pelapisan

photoresist positif

AZ dengan

metode Spinner

Photoresist positif AZ

Clean Oven

Teknologi spinner

Alat vakum

Kecepatan

(400 rpm)

Waktu

(30 detik)

Temperatur

( 850 C )

6 Expose dengan

sinar UV

( masker 1 )

Sinar UV

Masker 1 (source dan

drain)

Larutan Timah

DiH2O

Alat Milla Pure (18 m

ohm)

Larutan Microposit

MF 319 Developer

Waktu expose

(30 s )

Temperatur

oven (1200C)

Selama 15 menit

7 Proses etching

emas (Au)

KJ +J2+DiH2O

Emas(Au)

Waktu

Temperatur

8 Remove resist

positif AZ dengan

aceton

Aceton (ZA Acs.150)

CH3COOH3 (58,08

g/mol )

Waktu

Temperatur

9 Proses pelapisan

emas(Au) pada

bagian bawah

silicon dengan

metode vakum

evaporasi

Au

SiO2

Alat vakum evaporasi

Tekanan ( 8.10-4

Pa )

Kuat arus ( 45 A

)

10 Pelapisan

photoresist positif

AZ dengan

metode Spinner

pada lapisan Au

Photoresist positif AZ

Clean Oven

Teknologi spinner

Alat vakum

Kecepatan

(400 rpm)

Waktu

(30 detik)

Temperatur

( 850 C )

Mask S dan D

55

11 Expose dengan

sinar UV selama

30 detik

menggunakan

masker 2 (gate)

Sinar UV

Masker 1 (source dan

drain)

Larutan Timah

DiH2O

Alat Milla Pure (18 m

ohm)

Larutan Microposit

MF 319 Developer

Waktu expose

(30 s )

Temperatur

oven (1200C)

Selama 15 menit

12 Proses etching

emas (Au)

KJ +J2+DiH2O

Emas(Au)

Waktu

Temperatur

13 Remove resist

positif AZ dengan

Aceton

Aceton (ZA Acs.150)

CH3COOH3 (58,08

g/mol )

Waktu

Temperatur

14 Pelapisan

photoresist positif

AZ dengan Au

pada lapisan atas

(S dan D)

menggunakan

Spinner

Photoresist positif AZ

Clean Oven

Teknologi spinner

Alat vakum

Kecepatan

(400 rpm)

Waktu

(30 detik)

Temperatur

( 850 C )

15

Expose dengan

sinar UV

menggunakan

masker CuPc

Sinar UV

Masker 1 (source dan

drain)

Larutan Timah

DiH2O

Alat Milla Pure (18 m

ohm)

Larutan Microposit

MF 319 Developer

Waktu expose

(60 s )

Temperatur

oven (1200C)

Selama 15 menit

16 Proses pelapisan

CuPc pada

bagian atas silicon

dengan metode

vakum evaporasi

Au

SiO2

Alat vakum evaporasi

Tekanan ( 8.10-4

Pa )

Kuat arus ( 45 A

)

17 Remove resist

positif AZ dengan

Aceton.Ssekaligus

lapisan CuPc

pada resist

tersebut sehingga

pola CuPc

terbentuk

Aceton (ZA Acs.150)

CH3COOH3 (58,08

g/mol )

Waktu

Temperatur

Konsentrasi

larutan

18 Hasil akhir

terbentuknya

kontak source,

drain dan gate.

Elektrode emas

Terminal dari emas

Tekanan ( 8.10-4

Pa )

Kuat arus ( 45 A

)

Mask gate

Mask CuPc

CuPc

CuPc

CuPc S D

G

56

Hasil terbentuknya OFET yang dipasang di atas PCB dengan menggunakan gold wire dan

silver pasta sebagai kontak. Kemudian dari kontak PCB dapat langsung di pasang kabel untuk

siap melakukan pengukuran untuk karakterisasi OFET

PEMBAHASAN

Berkaitan dengan sistem penguapan ruang hampa udara , belum dilakukan penelitian secara

sistematis berkaitan dengan pengaruh struktur kristal dan struktur permukaan film tipis Cupc

terhadap kecepatan deposisi film tipis berbasis CuPc. Oleh karena itu, perlu adanya penelitian

tentang pengaruh ketebalan dan struktur krital terhadap kecepatan deposisi film tipis secara

sistematik. Dalam hal ini, kita dilakukan dengan memvariasi kuat arus dari sistem alat penguap

ruang hampa yang diaplikasikan boats selama penguapan. Kita berasumsi bahwa kaut arus yang

tinggi akan memepercepat deposisi film tipis. Dalam rangka meneliti semua sampel penelitian

digunakan X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) .

Karakteristik elektrik dari OFET merupakan parameter penting untuk mennetukan bahan

senikonduktor aktif sebagai sensor gas .Perubahan tanggapan sensor gas mudah diamati dengan

mengubah karakteristik elektriknya dengan mengubah hambatan listrik (R) dan tegangan (V)

bahan semikonduktor. Resistansi film tipis dipengaruhi oleh kuat arus saat dilakukan deposisi, hal

ini menunjukkan bahwa kecepatan deposisi menentukan resistansi. Bagaimanapun juga, saat

sekarang penelitian tentang pristiwa ini masih belum jelaskan. Oleh sebab itu, studi lebih lanjut

perlu dilakukan untuk menjelaskan pengaruh kecepatan deposisi terhadap karakteristik resistansi

bahan semikonduktor aktif.

Gambar 8 .Pengaruh resistansi OFET terhadap kuat arus pada saat deposisi

Struktur kristal, morfologi permukaan, dan ketebalan film tipis CuPc telah dilakukan

penelitian dengan menggunakan spektrum dari XRD dan gambar SEM. Gambar dari SEM

maupun spectrum XRD keduanya menunjukkan bahwa kualitas struktur kristal dan grain size dari

film tipis CuPc meningkat dengan meningkanya kuat arus yang diaplikasikan pada boat sistem

vakum evaporasi. Berdasarkan dari hasil ini, kita dapat menyatakan bahwa film tipis CuPc yang

dideposisikan dengan menerapkan kuat arus 45 A adalah film tipis optimum pertama. Dari

CuPc

S D

G PCB

gold wire gold wire

G

57

pengukuran bahan elektrik didapatkan bahwa resistansi film tipis CuPc akan berkurang dengan

adanya peningkatan kecepatan deposisi. Dengan demikian dapat dikatan bahwa dengan adanya

peningkatan kuat arus pada alat vakum evaporasi akan menyebabkan turunnya resistansi film tipis

CuPc.

Seperti telah diuraikan sebelumnya, material yang digunakan riset ini adalah copper

phthalocyanine( Cupc) yang telah dibeli dari Sigma-Aldrich tanpa pemurnian. Sebelum

mendeposisikan film tipis CuPc, kita siapkan preparasi substrat kaca, dengan langkah sebagai

berikut : pertama,substrat dari kaca untuk ukuran (1.5 x 2.5) cm2, dan kedua membersihannya

dengan suatu prosedur standard dalam ultrasonic cleaner bath .

Pada (gambar.3) menunjukkan bahwa film tipis hasil deposisi dengan menerapkan kuat arus

sebesar 35 A tidak terlihat adanya struktur kristal, sehingga film tipis mempunyai struktur amorf.

Ketika kuat arus ditingkatkan menjadi 40A, 45 A dan 50 A tampak adanya puncak dominan yang

berkaitan dengan bidang kristal.

Beberapa puncak spektrum XRD mulai nampak. Puncak spektrum semakin naik apabila kuat

arus pada saat deposisi juga ditingkatkan (gambar 3 ). Puncak spektrum XRD mulai nampak pada

saat mendeposisikan film dengan memberikan kuat arus sebesar 40 A pada alat penguapan hampa

udara. Struktur kristal film tipis CuPc hasil deposisi menunjukkan kualitas yang lebih rendah dari

serbuk CuPc .

Tabel 2. , menunjukkan bahwa intensitas puncak meningkat dengan berkurangnya FWHM

,jika kuat arus yang diterapkan pada penguapan hampa udara ditingkatkan.Kristal dan grain size

akan meningkat,jika kuat arus juga ditingkatkan pada saat mendeposisikan film tipis CuPc.

Spektrum XRD dari film tipis CuPc dideposisikan dengan bermacam-macam kuat arus

Nampak bahwa satu puncak pada 2θ = 6,78o – 6,87

o ( D= 12.84-13.04 Ǻ) ). Jarak inter-planar ini

adalah jarak diantara atom Cu. Tinggi puncak difraksi dari spektrum XRD dari film tipis CuPc

teramati pada 2θ = 23,67o

– 27,58o ( D = 3,23 – 3,76 Ǻ). Jarak ini sesuai dengan jarak antara

phythalocyanine macrocycles di dalam phase α atau β (=3,4 Ǻ). Pada saat digunakan suatu

powder diffractometer hanya dapat mengamati jarak antar bidang paralel pada permukaan

substrat . Oleh karena itu kita dapat berasumsi bahwa film tipis CuPc hasil deposisi adalah di

dalam α atau β , dengan poros tegak lurus dengan substrat dan CuPc terletak paralel pada bidang

substrat.

Hasil dari SEM diperoleh bahwa penumbuhan film tipis CuPc dengan kuat arus 35 A

menunjukkan permukaan lembut. Sedangkan butiran pada film tipis nampak dengan jelas ketika

film tipis dideposisikan dengan kuat arus 40 A dan 55 A. Ketebalan film tipis CuPc yang

dideposisikan dengan pengaturan kuat arus 40 A, 45 A dan 50 adalah berturut-turut 2,1 μm, 2,4

μm dan 4,8 μm. Film tipis CuPc yang didasarkan pada hasil deposisi dapat dikatakan bahwa film

tipis dengan pengaturan kuat arus 45 A merupakan karakteristik optimum yang pertama .

SIMPULAN DAN SARAN

Simpulan

Penumbuhan film tipis CuPc dilakukan dengan 2 variabel penelitian, yaitu waktu deposisi

dan kuat arus pada alat vacuum evaporator. Karakteristik film tipis CuPc telah dianalisis

didasarkan pada struktur mikro dengan menggunakan X-Ray Diffraction (X-RD) and Scanning

Electron Microscopy (SEM). Selanjutnya hasil X-RD untuk masing-masing sample telah

dianalisis oleh ICDD ((International Centre for Diffraction Data). Pada sisi lain, permukaan dan

ketebalan film tipis CuPc dianalisis dengan gambar hasil dari SEM. Hasil spektrum dari X-RD

diperoleh bahwa film CuPc dideposisikan dengan kuat arus 35 A – 50 A menunjukkan adanya

peningkatkan kristal dalam film tipis CuPc.

58

Saran

Ketebalan film dengan pengaturan kuat arus 40 A, 45 A dan 50 A adalah berturut-turut 2,1

μm, 2,4 μm dan 4,8 μm. Film tipis CuPc yang didasarkan pada hasil deposisi dapat dikatakan

bahwa film dengan pengaturan kuat arus 45 A pada alat penguapan hampa udara merupakan

karakteritik optimum pertama .Kesimpulan yang diperoleh adalah film tipis CuPc dengan

ketebalan akan meningkat, jika kuat arus yang diaplikasikan pada alat penguapan ruang hampa

juga ditingkatkan. Hasil penumbuhan film tipis CuPc yang optimum akan dimanfaatkan untuk

pembuatan OFET sebagai sensor gas.

DAFTAR PUSTAKA

Ambily,S. and Menon,C.S., 1999, The Effect of Growth Parameter on the Electrical, Optical

and Structural Properties of Copper Phthalocyanine Thin Film,Thin Solid Film 374,

284-288

Brunet,J., Paulya,A.,Mazet,L.,Germain,J.P.,Bouvet,M., Malezieux,B.2005, Improvement in

real time detection and selectivity of phthalocyanine gas sensors dedicated to oxidizing

pollutants evaluation, Thin Solid Films 490 (2005) 28 – 35

Chadwick,A.V.,Dunning,P.B.M., and Wright, J.D.,1986, Application of organic solids to

chemical sensing,Mol.Crys,Liq. Crys, 134, 137-153.

Dickert, F. L.,Greibl,W.Rohrer,A. dan G. Voigt,D., 2001, Sol-gel-coated quartz crystal

microbalances for monitoring automotive oil degradation, Advanced Materials, 13,

1327-1330.].

Dimitrakopoulos,C.D. and Mascaro,D.J., 2001, Organic thin-film transistors, A review of recent

advances, IBM J. Res. & Dev., 45, 11.

Dogo,S., Blanc,J.P., Maleysson,C. and Pauly,A., (1992) ,Interaction of NO with copper

phthalocyanine thin films 11, Application to gas sensing, Thin Solid Films, 219 (1992)

251.

Hang Chen,2006,Modulation Effect On Organic Electronics(Thesis),School of Chemistry and

Biochemistry Georgia Institute of Technology

Henning Rost, Jürgen Ficker, Juan Sanchez Alonso, Luc Leenders, Iain McCulloch, 2004, Air-

stable all-polymer field-effect transistors with organic electrodes, Synthetic Metals 145,

83–85.

Law,K.Y.,1993, Organic photoconductive materials recent trends and developments, Chem. Rev.

93_1993.449–486.

Leznoff,C.C. ,Lever,A.B.P. ,1989, Phthalocyanines, Properties and Applications 1–3 VCH

Manahan,S.E., 1994, Environmental Chemistry: 6th Edition. Florida: CRC Press Inc., 327.

Martin,M.,Andre,J.J.,Simon,J.,1981,Organic solar-cells based on metallophthalocyanine

semiconductors, Nouv. J. Chim. 5- 485–490.

Mirwa,A., Friedrich,M., Hofman,A., 1995, Sensors and Actuator, B24-25, 596

Newton,M.I.,Strarke,T.K.H. ,Willis,Mr., McHale,G,, 2000, NO2 detection at room Temperatur

with copper phthalocyanine thin film devices,Sensor and Actuators B 67_ 307-311

Radhakrishnan,R.and Deshpande,S.D.,2002,Conducting Polymers Functionalized with

Phthalocyanine as Nitrogen Dioxide Sensors, Sensor, 2,185- 194

Roto, Triyana, K. dan R. Sudirman,R., 2000, Pengaruh konsentrasi pembawa muatan pada laju

tanggap polianilin sebagai dasar sensor gas, Laporan penelitian Fundamental Nomor:

16/P2IPD/DPPM/VI/1999

Triyana,K., Apriadi, E. P. dan Aggraeni, S., 2005, Karakteristik transistor efek medan berbasis

Cu-phthalocyanine, (akan diterbitkan dalam jurnal Fisika Indonesia).

59

Triyana,K., dan Sudirman,R., 1998, Fabrikasi sensor gas dengan polianilin, Laporan penelitian

anggaran rutin UGM M.A.K 5250, Nomor: 25/J01.P2/KU/98

Triyanab,K., Yasuda,T., Fujita,K. and Tsutsui,T, (2005), Tandem-type organic solar cells by

stacking different heterojunction materials, Thin Solid Films, 477, 198– 202

Whitlock,J.B.,Panayotatos,P.,Sharma,G.D.,Cox,M.D.,Sauers,R.R., Bird,G.R.,1993, Investigations

of materials and device structures for organic semiconductor solar-cells, Opt. Eng.

32_1993.1921–1934.

Zhou,R.,Josse,F.,Göpel,W.,öztürk‡,Z.Z. and Bekaroglu§, ö, 1996, Phthalocyanine as sensitiv

material for chemical sensors, Applied Organometallic Chemistry, Vol.10,557 – 577.